CN113054231B

CN113054231B - 燃料电池及车辆

Info

Publication number: CN113054231B
Application number: CN201911368759.4A
Authority: CN
Inventors: 刘栋栋; 王鹏; 杨东胜; 龚正伟
Original assignee: Weishi Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Weishi Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: CN113054231A

Abstract

本申请公开一种燃料电池和具有该装置的车辆，属于新能源领域。燃料电池包括电堆和壳体。电堆具有上端板和下端板，传统的燃料电池是先将电堆装到壳体内，壳体再进行密封，由于燃料电池内的电堆在长度上存在公差，壳体内部需预留公差间隙。本申请是所述电堆的下端板参与壳体的密封，壳体和下端板安装固定，通过壳体上预留长孔来吸收公差，具有结构简单，安装方便，降低成本，增大功率密度的优点。

Description

燃料电池及车辆

技术领域

本申请涉及新能源领域，具体涉及一种燃料电池及具有该燃料电池的车辆。

背景技术

传统的燃料电池中，电堆是燃料电池的主要部分，电堆由多个单电池叠堆组合而成，由于单电池本身的厚度存在公差，这就导致电堆存在叠堆的累计公差，即使相同叠片数量的电堆，电堆的长度也无法保持一致，由于累计公差的存在，燃料电池的壳体将预留公差间隙，这就造成空间的浪费，增加重量，降低燃料电池整堆的体积功率，增加了成本。

发明内容

本申请旨在提供一种燃料电池和具有该燃料电池的车辆，能够高效的优化结构，降低降本。

本公开的其该用户特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本申请的第一方面，一种燃料电池，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有多个安装孔；

电堆，所述电堆置于所述壳体内，

所述电堆具有上端板和下端板，所述下端板与所述壳体一端固定，所述固定区域具有密封结构；

根据一些实施例，所述壳体的所述安装孔包括长孔。

根据一些实施例，所述壳体包括：

汇流板，所述汇流板具有流体接口；

密封条，所述密封条用于所述燃料电池的密封。

根据一些实施例，所述汇流板与所述上端板固定。

根据一些实施例，所述下端板具有多个螺纹孔，所述多个螺纹孔通过螺栓与所述多个安装孔固定。

根据一些实施例，所述电堆具有多个单电池，所述多个单电池的厚度存在公差。

根据一些实施例，所述下端板具有密封区。

根据一些实施例，所述密封区的宽度不小于所述多个单电池叠堆公差范围。

根据一些实施例，所述密封条落在所述密封区。

根据本申请的第二方面，一种车辆，包括如权利要求1-9中任一项所述燃料电池。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1示出根据本申请的示例实施例的传统方案的燃料电池的剖视图。

图2示出根据本申请示例实施例的燃料电池的剖视图。

图3示出根据本申请示例实施例的壳体端板透视图。

图4示出根据本申请示例实施例的下端板端面示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

下面对燃料电池的技术领域进行介绍。

燃料电池是一种以氢为最佳燃料，不经过燃烧过程而直接以电化学反应的方式，将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的高效能量转换发电装置。它不经过热机过程，不受卡诺循环的限制，实际能量转换效率高达50％至80％。质子交换膜燃料电池，是继碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池之后发展起来的第五代燃料电池，其具有工作温度较低、启动时间短、功率密度高，负载响应快、无电解液流失等特点。

由于单个燃料电池的发电功率低，燃料电池一般设计成多个单电池堆叠的形式。电堆通常由膜电极和双极板(内含冷却单元)的重复单元、两侧的流场单极板、两侧的集电板和两侧的端板组成，上述部件在四周螺栓的预紧力作用下构成电堆。在双极板和膜电极之间、膜电极和流场单极板之间有密封结构，集电板需要根据端板的进出口相应地开流体通孔，如果端板为金属板，则还需要端板和集电板之间增加绝缘板。其中，膜电极是电化学反应的场所，双极板采用高导电性材料并在两侧加工有流槽，因此，双极板具有分配和输送两侧的反应气体、阻隔两侧的反应气体以及收集并传导膜电极反应产生的电子的作用；冷却单元用以带出电堆内部产生的热量；密封结构同时保证电堆的阴极气体(空气)和阳极气体(氢气)不向电堆外部泄漏、也不相互串气。

以下将结合附图，对本申请的技术方案进行详细说明。

参见图1，传统方案中，燃料电池包括壳体120，电堆130，汇流板110和后盖145。电堆130具有下端板160，电堆160与壳体120单独设计，电堆130负责发电，壳体120、汇流板110和后盖145负责支撑及密封。电堆130置于壳体120内，壳体120两端密封，汇流板110与壳体120配合端面作为第一密封端面，后盖145与壳体120配合端面作为第二密封端面，第二密封位置端面140。

电堆130由单电池170构成，根据单电池170的结构组成，单电池170在厚度上具有公差，电堆130由多个单电池170叠堆组成，因此，电堆130在长度上具有公差的累积，因此电池壳体120要预留公差间隙150，因此会造成空间的浪费，电池壳体120预留空间后体积增大，使整个燃料电池的功率密度增大，降低产品竞争力，同时会增加重量，提高了装配难度。

下面从单电池170的结构方面，详细描述单电池170厚度公差。

所述单电池170具有双极板和膜电池。双极板是电、热的良导体,具有良好的机械性能,很好的阻气性能,耐腐蚀性好等特点,双极板是由极板和流场组成。主要作用是气体分配、集流、导热和密封。双极板材质主要是石墨或者合金。通常由石墨板材料制作，石墨双极板厚度约2～3.7mm，经铣床加工成具有一定形状的导流流体槽及流体通道。质子交换膜作为电解质，起到传导质子，隔离反应气体的作用。

在单电池170内部，质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使得质子经过膜从阳极到达阴极，与外电路的电子转移构成回路，向外界提供电流。质子交换膜只能传导质子，因此氢离子(即质子)可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。

燃料电池整堆的叠堆片很多，一般要求200-400片，因此，随着叠片数量的增加，累积公差会越来越大，电堆装配后整堆的叠堆长度无法保持一致，这就要求壳体预留的公差间隙足够大，造成空间的浪费。另一方面，电堆不参与壳体密封，壳体120通过汇流板110和后盖145进行密封，电堆端板只负责支撑，这就造成了材料的浪费。

图2示出根据本申请示例实施例的燃料电池的剖视图。

参见图2，所述燃料电池包括壳体210和电堆220，所述壳体210具有多个安装孔310，所述电堆220包括上端板221和下端板225。

根据一些示例实施例，所述下端板225具有多个螺纹孔410。

根据一些示例实施例，所述多个安装孔310与所述多个螺纹孔410固定。

根据一些示例实施例，壳体210包括汇流板212和密封条320，所述汇流板212上具有气体和液体接口213，燃料电池的气体和燃料经过气体或液体接口213进入电堆220。所述密封条320的宽度满足最小密封距离。

根据一些示例实施例，所述密封条320用于壳体210的密封，汇流板212与壳体210的一端固定，在所述固定位置214设置有密封条320,汇流板212可通过螺栓型式与上端板221固定，因此，电堆220通过上端板221与汇流板212固定，汇流板212与壳体210一端固定，实现了电堆220与壳体210固定。由于电堆220在长度方向上存在累积的尺寸公差，电堆220的一端固定，另一端由于尺寸公差的存在位置不确定。

根据一些示例实施例，电堆220下端板225的位置落在预留的尺寸公差间隙内。

根据一些示例实施例，下端板225直接与壳体210固定，壳体210下端板225处的端板可省去，减轻了重量。

图3示出根据本申请示例实施例的壳体端板的透视图。

参见图3，壳体210的安装孔310包括长孔，长孔用于吸收电堆220长度方向的尺寸公差。

根据一些示例实施例，长孔的长度覆盖电堆220长度方向上的尺寸公差的变化值。

根据一些示例实施例，所述长孔为具有该功能的结构，不限于长圆孔，例如，矩形孔。

根据一些示例实施例，密封条320设置于壳体端板上，所述密封条320置于长孔一侧，在壳体端板安装时，通过壳体210上长孔与下端板225的螺纹孔410配合，实现壳体210的密封。

图4示出根据本申请示例实施例的下端板端面示意图。

参见图4，下端板225上具有螺纹孔410，由于电堆220在长度上的尺寸公差的存在，下端板225形成了位移变化区域420。

功率密度是衡量燃料电池性能的一个综合指标。

所述电池功率密度，燃料电池输出最大的功率除以整个燃料电池重量或体积。反应堆功率密度，即单位体积或单位重量燃料电池在单位时间内释放出的能量。

根据一些示例实施例，下端板225直接与壳体210固定，相当于下端板225即用作电堆220的端板，又用作了壳体210的端板，省去了燃料电池的后盖，优化了结构，减轻了重量，增大了功率密度。

根据本申请的一些实施例，还提供一种车辆，可配置根据本申请实施例的燃料电池，此处不再赘述。

需要说明的是，以上参照附图所描述的每个实施例仅用以说明本申请而非限制本申请的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本申请的精神和范围的前提下对本申请进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本申请的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims

1.一种燃料电池，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体具有多个安装孔；

电堆，所述电堆置于所述壳体内，所述电堆具有上端板和下端板，所述下端板与所述壳体一端固定；

密封区，设置于所述壳体和所述下端板之间；

其中，所述安装孔的长度覆盖所述电堆长度方向上的尺寸公差的变化值；

所述下端板上具有螺纹孔，当将所述电堆安装于所述壳体上时，所述电堆通过所述螺纹孔与所述安装孔配合，将所述螺纹孔通过螺栓与所述安装孔固定，以使得在所述下端板形成位移变化区域。

2.根据权利要求1所述燃料电池，其特征在于，所述壳体的所述安装孔包括长圆孔。

3.根据权利要求1所述燃料电池，其特征在于，还包括：

汇流板，所述汇流板具有流体接口，所述汇流板与所述上端板固定；

密封条，所述密封条用于所述燃料电池的密封。

4.根据权利要求3所述燃料电池，其特征在于，所述密封条置于密封区内。

5.根据权利要求1所述燃料电池，其特征在于，所述下端板具有多个螺纹孔，所述多个螺纹孔通过螺栓与所述多个安装孔固定。

6.根据权利要求1所述燃料电池，其特征在于，所述电堆具有多个单电池。

7.根据权利要求1所述燃料电池，其特征在于，所述下端板具有密封区，所述密封区和所述密封条位于多个螺纹孔和所述多个安装孔的同侧。

8.根据权利要求7所述燃料电池，其特征在于，所述密封区的宽度不小于多个单体叠堆公差范围。

9.根据权利要求7所述燃料电池，其特征在于，所述密封条落在所述密封区。

10.一种车辆，包括如权利要求1-9中任一项所述燃料电池的密封结构。